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Tabla 6.1. Modelo estratigráfico.

Horizonte

Profundidad (m)

H-1

0.0 - 3.5

H-2

3.5 - 10

Descripción Grava arenosa color gris café con poco contenido de finos, humedad media, plasticidad de los finos baja, compacidad alta, estructura homogénea. Grava arenosa color gris café con poco contenido de finos, humedad media, plasticidad de los finos media, compacidad alta a muy alta, estructura homogénea.

La tabla 6.2 muestra un resumen de los parámetros geotécnicos necesarios para el análisis, correspondiente al modelo estratigráfico presentado en la tabla 6.1. Los parámetros de resistencia al corte propuestos están asociados a sistemas de fundación típicos para este tipo de obras, es decir: fundaciones aisladas para columnas y corridas para muros, y sistemas de sostenimiento lateral a través de entibaciones o socalzados con bajos niveles de deformación. La tabla presenta los parámetros de resistencia al corte φ y c para los dos horizontes del modelo estratigráfico, para dos tipos de análisis: primero, y correspondiente al diseño tradicional de fundaciones bajo muros y columnas, se considera un ángulo de fricción constante en profundidad igual a 45° y una cohesión de 1.5 T/m3 para el horizonte H-1 y 2.5 T/m3 para el horizonte H-2. Estos parámetros se entregan principalmente para la determinación de la capacidad de soporte del suelo, en base a resultados obtenidos de estudios anteriores. Por otra parte, los parámetros de ángulo de fricción y cohesión para la determinación del empuje en entibaciones y socalzados debe ser consistente con la deformación lateral del suelo, ε, por lo que se presentan los parámetros propuestos por Ortigosa (Antecedentes 4) para este tipo de obras. Estos parámetros, ángulo de fricción igual a 38° y cohesión igual a 2.0 T/m3 para el horizonte H-1, y φ = 38º y c = 3.0 T/m3 para el horizonte H-2, están asociados a una deformación lateral del 0.3% y reproducen bastante bien los empujes laterales medidos experimentalmente. Para estimar las constantes de balastos tanto verticales como horizontales, asociadas a las deformaciones verticales de las fundaciones como las deformaciones horizontales de las entibaciones o socalzados, se proponen los valores del módulo de deformación estático y coeficiente de Poisson presentados en la tabla 6.2. El primero de estos valores depende de la profundidad z (medida en metros desde la superficie del terreno en la calle) del horizonte asociado. Tabla 6.2. Parámetros geotécnicos del modelo estratigráfico presentado en la Tabla 6.1.

Para diseño tradicional

γnat

φ

[m]

3

[T/m ]

o

[]

[T/m ]

[]

[T/m ]

[T/m ]

0.0 – 3.5

2.15

45

1.5

38

2.0

4550 (z)0.6

Horizonte Profundidad

H-1

Para diseño de entibaciones y socalzados, con e=0.3%

φ

c 2

o

E

c 2

ν 2

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0.3

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H-2

3.5 – 10.0

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2.20

45

2.5

38

3.0

6600 (z)0.51

0.3

Nota 1: La profundidad esta medida desde la losa del subterráneo. Nota 2: La profundidad z para calcular el módulo de deformación E se mide en metros, desde la superficie de terreno en la calle. Donde: γnat: densidad natural. φ: ángulo de fricción. c: cohesión. E: módulo de deformación. ν: módulo de Poisson. 6.2

Clasificación del suelo según la Norma Sísmica NCh.433.

Para los fines de la utilización de la Norma Sísmica el suelo de fundación del edificio en estudio se considera un suelo con los parámetros correspondientes al tipo II (Tabla 4.2. NCh.433).

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7.

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BASES PARA EL ANÁLISIS DE FUNDACIONES

A continuación se presentan expresiones para la estimación de tensiones admisibles y constantes de balasto a utilizar para las cimentaciones existentes, como también para el eventual diseño de nuevas fundaciones. 7.1

Tensión Admisible

La capacidad de soporte admisible para los casos estático y sísmico puede ser obtenida de acuerdo a la formulación que se presenta a continuación, la cual es derivada de la teoría de Terzagui y utiliza los parámetros geotécnicos del suelo de apoyo presentados en la tabla 6.2, profundidad del sello y dimensiones de las fundaciones a analizar, como también de el factor de seguridad estático o sísmico correspondiente al caso analizado.

14.5  1 − 0.4⋅ Qadm :=



B

 ⋅ B⋅ γnat

L

FS

Donde: Qadm: Capacidad de soporte última en [kg/cm2] B: Lado menor de la zapata en [m] L: Lado mayor de la zapata en [m] γnat: Densidad natural del suelo bajo sello de fundación en [ton/m3] FS: Factor de seguridad que depende del caso analizado Los factores de seguridad a utilizar para los diferentes casos se presentan a continuación: Caso sísmico: FS = 2 Caso estático: FS = 3 7.2 7.2.1

Constante de Balasto Vertical

La obtención de constante de balasto vertical estática se realiza a partir de la siguiente expresión, en la cual se utilizan: el módulo de deformación estático E, la razón de Poisson ν, el ancho menor de la fundación B y el factor de forma Iρ. Los primeros dos términos (E y ν) dependen del suelo de fundación, y ya fueron entregados en el capitulo de caracterización geotécnica. Los siguientes dos términos (B y Iρ) dependen de las condiciones geométricas de las zapatas.

kv =

E (1 − ν 2 ) ⋅ B ⋅ I ρ

Donde: ν: coeficiente de Poisson ESTUDIOS PRELIMINARES, HABILITACIÓN DE NUEVO EDIFICIO DE INFRAESTRUCTURA PÚBLICA

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E: módulo de Deformación Estático [kg/cm2] Iρ: factor de Forma B: lado menor de la fundación [cm] Para la determinación del factor de forma Iρ, puede ser utilizado el siguiente gráfico, que depende de las dimensiones de los lados menor B y mayor L de la zapata:

Factor de Influencia Ip 3.00

Factor de Forma Ip

2.50

2.00

1.50

1.00

0.50

0.00 0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

L/B (Lado m ayor vs Lado m enor)

Figura 7.1 Factor de Forma “Ip” v/s L/B para zapatas rígidas rectangulares (Withlow 1994).

Para razones de L/B mayores a 50 (L/B>50) utilizar Ip=2.79.

Para el caso sísmico se debe considerar la siguiente relación, la cual es dependiente de la relación anterior:

k v , sis = 3 ⋅ k v Donde: kv,sis: constante de balasto vertical para el caso sísmico kv: constante de balasto vertical para el caso estático

7.2.2

Giro de Fundación

La constante de balasto estática al giro de fundación puede ser determinada como:

kθ = 2 ⋅ k v ESTUDIOS PRELIMINARES, HABILITACIÓN DE NUEVO EDIFICIO DE INFRAESTRUCTURA PÚBLICA

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Donde: Kθ : constante de balasto al giro. kv: constante de balasto vertical para el caso estático. Para el caso sísmico se debe considerar la siguiente relación, la cual depende de la expresión anterior:

kθ ,sis = 3 ⋅ kθ Donde: kθ,sis: constante de balasto al giro para el caso sísmico kθ: constante de balasto al giro para el caso estático

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8.

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ANTEPROYECTO PARA EJECUCIÓN DE SEGUNDO SUBTERRÁNEO

En este capítulo se realiza la descripción a nivel de anteproyecto de la solución propuesta para materializar la ejecución de un segundo subterráneo bajo el actual edificio. En términos generales, se establece que para efectuar un segundo subterráneo se deberá implementar una solución mixta: a) socalzado tradicional mediante pilas de hormigón armado para los muros perimetrales; b) socalzado tradicional mediante muros completos de hormigón armado para el sector de la caja del montacarga y escalera; y c) sujeción provisoria mediante micropilotes de los pilares interiores del edificio y posterior materialización de pilas de hormigón armado bajo estas columnas. Asimismo, una vez que se encuentren ejecutados todos los sistemas de socalzado, y previo al inicio de la excavación del segundo subterráneo, se deberá materializar la losa de piso del primer subterráneo de manera de que esta estructura funcione como arriostre de este nivel. Obviamente, la losa deberá tener las ventanas necesarias para la ejecución de la excavación. Otra posibilidad consiste en la colocación de vigas que permitan el apuntalamiento y arriostre de la estructura. En los siguientes acápites se presenta una descripción de cada tipo de solución.

8.1

Descripción de las Soluciones Propuestas




Socalzado de Muros Perimetrales

El socalzado de los muros perimetrales se llevará a cabo mediante la ejecución de pilas de hormigón armado de dimensiones mínimas 60x60cm, separadas cada 2.50m entre ejes y enterradas al menos 1.5m bajo el nivel del 2do subterráneo. A nivel de apoyo, las pilas deberán aumentar su sección de manera de alcanzar una superficie de contacto de mínimo 120x120cm. Entre pilas, se deberá ejecutar un muro “tapa” a fin de sostener derrames del suelo gravoso natural entre pilas. En anexos se presenta una lámina con el esquema de esta solución y los diagramas de empujes respectivos. La metodología constructiva, a grandes rasgos, se describe a continuación: -

Ejecución de viga estructural de hormigón armado bajo los actuales muros perimetrales del primer subterráneo. Esta viga se deberá ejecutar por paños de hasta 2m de largo, con una separación mínima de 4m entre zanjas. Esta viga deberá reemplazar completamente los cimientos existentes de suelo cemento y piedra canteada (los que deberán ser retirados), asegurando una continuidad estructural entre los muros existentes, la viga de socalzado y la futura losa de piso del primer subterráneo, siendo todos los elementos conectados adecuadamente.

-

Una vez ejecutada la viga de amarre, se deberán excavar las pilas de socalzado de ancho mínimo 60x60cm, con un enterramiento mínimo de 1,5m bajo el nivel del segundo subterráneo. Las pilas de socalzado deberán tener un aumento de su base de apoyo (caleteo) de manera de alcanzar una superficie de 120x120cm en el

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contacto con el suelo a fin de disminuir tanto las tensiones de contacto como las deformaciones asociadas. -

La excavación y hormigonado de pilas se deberá efectuar secuencialmente, dejando al menos 3 pilas intermedias sin ejecutar. Una vez que las pilas de socalzado de hormigón armado hayan alcanzado una resistencia suficiente, se podrá continuar con las siguientes pilas.

-

Con el fin de sostener derrames que puedan producirse en el suelo natural entre pilas, una vez que se excave el segundo subterráneo se deberá materializar un muro “tapa”.

-

En caso de encontrase napas colgadas en la etapa de construcción, se recomienda la implementación de un sistema de drenaje lateral constituido por un paquete geosintético (geotextil-geodren-geotextil) dispuesto entre pilas de socalzado y adosado a la pared de suelo natural. El espacio resultante entre geosintético y el muro tapa proyectado podrá ser relleno con material gravo arenoso compactado que permita la filtración de agua u otro material similar, con un tubo colector de agua al fondo de dicho relleno. En los lugares en donde no exista espacio para disponer de un tubo colector perimetral, se acepta dejar pasadas hacia el interior del edificio a un canal recolector, de tal forma que pueda ser evacuada el agua drenada.

-

El material de relleno, como también el geosintético a utilizar deberá ser especificado en el proyecto definitivo. Así también, se deberá realizar un respectivo proyecto de saneamiento realizado por un especialista en la materia.

-

El proyecto definitivo deberá considerar un sistema de captación de aguas lluvia en superficie, de tal forma que no exista infiltración al suelo de fundación.




Socalzado de los muros interiores del montacarga y caja escala.

Para esta estructura se estima conveniente materializar un socalzado mediante un muro continuo bajo las fundaciones de los muros existentes. Las dimensiones definitivas del muro deberán establecerse en la etapa de ingeniería de detalle. Una descripción general del método constructivo se presenta a continuación: -

Se deberá realizar una viga de amarre bajo los muros que conforman la caja escala, de igual manera a la descrita para los muros perimetrales. Se deberán retirar los mejoramientos tipo suelo-cemento existentes de manera que la viga posea un adecuado traspaso de carga de los muros superiores.

-

Considerando las dimensiones de este sector, la viga se deberá efectuar en tramos de 1.5m, dejando una separación de al menos 3m entre zanjas que se efectúen paralelamente. Los tramos intermedios se podrán ejecutar una vez que las vigas hayan adquirido una resistencia suficiente.

-

Una vez realizada la viga de amarre, se deberán excavar por tramos los paños que conformarán el muro continuo. Las excavaciones de cada tramo deberán tener una ESTUDIOS PRELIMINARES, HABILITACIÓN DE NUEVO EDIFICIO DE INFRAESTRUCTURA PÚBLICA

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longitud de al menos 80cm (a confirmar en la ingeniería de detalle), dejando una zona intermedia sin excavar de al menos 3m. Una vez que los tramos del muro alcancen una resistencia suficiente, se podrán excavar los paños siguientes. -

Los muros deberán tener un enterramiento mínimo de 1.5m medido desde el nivel del segundo subterráneo. Asimismo, la sección del extremo inferior del muro deberá ser aumentado de manera de alcanzar una dimensión mínima de acuerdo al cálculo que entregue la ingeniería de detalle.

-

Se deberán utilizar moldajes en caso que las dimensiones del muro resulten menores al ancho mínimo de las excavaciones de socalzado.




Tratamiento y socalzado de pilares interiores

Considerando la restricción de deformaciones tolerables por la estructura actual, para la prolongación de las columnas interiores hasta alcanzar el segundo subterráneo se propone realizar puntualmente, en cada pilar, un apoyo provisorio constituido por micropilotes. Posteriormente, se deberán ejecutar los pilares definitivos bajo las columnas existentes. En términos generales, la metodología constructiva corresponde a: -

Instalación de micropilotes solidarios a las columnas existentes. Para esto, se deberá materializar una estructura tal que permita un adecuado traspaso de carga desde los pilares a los micropilotes existentes. Tanto la especificación de esta estructura de traspaso de carga como la cantidad y las características de los micropilotes deberán ser definidas en la etapa de ingeniería de detalle.

-

Excavación del subsuelo bajo las columnas sujetas por los micropilotes, extrayendo el suelo confinado dentro del perímetro que constituyen los micropilotes.

-

Retiro de los mejoramientos tipo suelo-cemento existentes bajo los actuales pilares, preparando estos sectores para una adecuada conexión estructural con la losa de primer piso y con las futuras columnas del segundo subterráneo.

-

Ejecución de las columnas de hormigón armado bajo los pilares existentes. Las dimensiones definitivas deben ser especificadas en la ingeniería de detalle. A nivel de sello de fundación, estas columnas deberán tener una zapata de al menos 1.20x1.20m de sección de apoyo.

Será indispensable implementar un programa de monitoreo y control de deformaciones de precisión en el edificio para la etapa de excavación del segundo subterráneo, con mediciones diarias, de manera de analizar en forma inmediata la respuesta del inmueble.

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9.

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CONCLUSIONES 1. Principalmente a partir de la exploración geotécnica y ensayos en laboratorio, se reconoce un suelo de fundación muy homogéneo bajo la planta del edificio en estudio. En los 10 metros de profundidad explorados se encuentran dos horizontes de suelo gravo arenoso, de propiedades muy similares, con excelentes propiedades geomecánicas y alta compacidad. Este material presenta un porcentaje bajo de finos, diferenciándose que bajo los 3.5 metros, aproximadamente, estos finos presentan una plasticidad media. La compacidad también tiende a aumentar en el horizonte más profundo. 2. El suelo encontrado en terreno y por lo tanto el modelo estratigráfico propuesto, son consistentes con los espesores típicos encontrados en la literatura, asociados a la 1era y 2da depositación de la grava de Santiago. Los ensayos de laboratorio, principalmente los asociados a la plasticidad de los finos, también corroboran esta buena correlación. 3. La exploración geotécnica y ensayos de laboratorio evidencian las excelentes propiedades mecánicas del subsuelo, correspondiente a la grava de Santiago. Preliminarmente, este es un terreno apto para excavar un subterráneo adicional y fundar a una profundidad mayor, aunque la evaluación de la técnica más adecuada se encuentra aún en desarrollo, en donde influyen diversos factores, tales como la tolerancia a deformaciones de la estructura del edificio, socalzado de estructuras vecinas, entre otras. 4. Se entregan parámetros geotécnicos del suelo de fundación y expresiones para la estimación de capacidad de soporte y constantes de balasto para diseños tradicionales, y parámetros para la determinación del empuje lateral sobre entibaciones y socalzados. 5. Las calicatas excavadas junto a los muros perimetrales evidencian sectores en que bajo dicho muro solo existe un mejoramiento de suelo compuesto por piedra labrada y restos de ladrillos (sector calicata c1), no observándose una fundación tradicional tipo zapata corrida. No obstante, en los otros sectores explorados junto al muro perimetral, se observó un cimiento de hormigón de baja calidad apoyado sobre un mejoramiento del tipo suelo-cemento o sobre terreno natural bajo dicho muro. Lo anterior implica que existen zonas del muro perimetral que no poseen cimiento de hormigón, sino más bien éste se apoya sobre un mejoramiento de suelo. Por otra parte, la calicata excavada junto a una columna interna evidencia, que la fundación de ésta se materializa mediante un cimiento de hormigón apoyado sobre un mejoramiento de suelo. 6. Se considera factible la realización de un segundo subterráneo bajo el actual edificio, para lo cual se deberá ejecutar un sistema de socalzado mixto compuesto por pilas para los muros perimetrales, muro continuo para el sector del montacarga y caja escalas, y micropilotes provisionales más pilares definitivos para las columnas interiores. El detalle se presenta en el capítulo 8.

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7. El sello de fundación para las pilas de socalzado deberá situarse bajo la cota -5.0m medida desde el nivel de radier de piso del subterráneo existente; mientras que para los muros continuos, dicho sello deberá situarse bajo la cota -3.5m medida respecto al radier de piso del subterráneo existente. Para el caso de micropilotes, la cota de sello quedará definida de acuerdo al proyecto definitivo, considerando la resistencia de fuste, punta y capacidad de carga horizontal del elemento a utilizar, dicha cota no podrá ser menor a la especificada para las pilas de socalzado. En general, la profundidad final de sello de fundación para el sistema de socalzado deberá ser definida de acuerdo a las características del proyecto definitivo respetando las profundidades mínimas señaladas anteriormente.

Santiago, 24 de Mayo de 2010

Marcelo Paredes P. Ingeniero Geotécnico

VICTOR AGUILA OLAVE Jefe de Proyecto

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